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生体代謝ガス成分の光イメージング法の確立と疾患スクリーニングへの展開

研究課題

研究課題/領域番号 15H04013
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 計測工学
研究機関東京医科歯科大学

研究代表者

荒川 貴博  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 講師 (50409637)

研究分担者 三林 浩二  東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (40307236)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2015年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワードバイオセンサ / 生体計測 / ガス / イメージング / 酵素 / 計測システム / 生体代謝ガス
研究成果の概要

呼気・皮膚ガスなどの生体ガス中には、代謝や疾患に基づく揮発性の化学物質が含まれており、これら成分を計測することで代謝機能評価および疾患スクリーニングが可能と期待されている。さらに対象ガス成分を可視化することにより、ガスの放出動態や部位の特定が可能になる。本研究では、酵素反応により生成する補酵素の自家蛍光を検出し、エタノールガスの時空間的な変化を動画像として捉える可視化システム(探嗅カメラ)を構築し、飲酒後の呼気中エタノールガスの可視化計測へ適用した。その結果、生体から代謝に伴う揮発性有機化合物の計測を実現し、その有用性を確認することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、生体ガス情報を画像情報として表示することで、特定の皮膚表面から放出される生体ガスの濃度分布や経時変化を評価できる可能性がある。生体ガス情報に関する新しい知見を利用した計測・診断手法として、従来にはない生体由来の化学情報の画像化を提案する極めて学術的意義の高い研究である。身体の皮膚表面から放出される生体ガス由来のガス成分の情報をイメージングすることにより、評価者(医師)や被験者(患者)が直接視認できることで簡便かつ迅速な評価方法となるものと考えられ、医療分野においてこれまでにない新しい非侵襲診断、疾患スクリーニングを提案する社会的意義のある研究である。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2019 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 5件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 13件、 招待講演 3件) 図書 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学ロサンゼルス校(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University California of Los Angeles/Electrical and Computer Engineering/Prof. Aydogan Ozcan(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Real-time monitoring of skin ethanol gas by a high-sensitivity gas phase biosensor (bio-sniffer) for the non-invasive evaluation of volatile blood compounds.2019

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Suzuki T, Tsujii M, Iitani K, Chien PJ, Ye M, Toma K, Iwasaki Y, Mitsubayashi K
    • 雑誌名

      Biosens Bioelectron

      巻: 129 ページ: 245-253

    • DOI

      10.1016/j.bios.2018.09.070

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fiber-Optic Bio-sniffer (Biochemical Gas Sensor) Using Reverse Reaction of Alcohol Dehydrogenase for Exhaled Acetaldehyde2018

    • 著者名/発表者名
      Iitani Kenta、Chien Po-Jen、Suzuki Takuma、Toma Koji、Arakawa Takahiro、Iwasaki Yasuhiko、Mitsubayashi Kohji
    • 雑誌名

      ACS Sensors

      巻: 3 号: 2 ページ: 425-431

    • DOI

      10.1021/acssensors.7b00865

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorometric Sniff-Cam (Gas-Imaging System) Utilizing Alcohol Dehydrogenase for Imaging Concentration Distribution of Acetaldehyde in Breath and Transdermal Vapor after Drinking2018

    • 著者名/発表者名
      Iitani Kenta、Sato Toshiyuki、Naisierding Munire、Hayakawa Yuuki、Toma Koji、Arakawa Takahiro、Mitsubayashi Kohji
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 90 号: 4 ページ: 2678-2685

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.7b04474

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorometric bio-sniffer camera "sniff-cam" for direct imaging of gaseous ethanol in breath and transdermal vapor2017

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Sato T, Iitani K, Toma K, Mitsubayashi K
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 89 号: 8 ページ: 4495-4501

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.6b04676

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Biochemical Gas Sensors (Biosniffers) Using Forward and Reverse Reactions of Secondary Alcohol Dehydrogenase for Breath Isopropanol and Acetone as Potential Volatile Biomarkers of Diabetes Mellitus2017

    • 著者名/発表者名
      Chien Po-Jen、Suzuki Takuma、Tsujii Masato、Ye Ming、Minami Isao、Toda Kanako、Otsuka Hiromi、Toma Koji、Arakawa Takahiro、Araki Kouji、Iwasaki Yasuhiko、Shinada Kayoko、Ogawa Yoshihiro、Mitsubayashi Kohji
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 89 号: 22 ページ: 12261-12268

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.7b03191

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorometric gas-imaging system (sniff-cam), using the extinction of NADH with an ADH reverse reaction, for acetaldehyde in the gas phase2017

    • 著者名/発表者名
      Iitani Kenta、Sato Toshiyuki、Naisierding Munire、Hayakawa Yuuki、Toma Koji、Arakawa Takahiro、Mitsubayashi Kohji
    • 雑誌名

      The Analyst

      巻: 142 号: 20 ページ: 3830-3836

    • DOI

      10.1039/c7an00524e

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Acetone Biosensor Based on Fluorometry of Reduced Nicotinamide Adenine Dinucleotide Consumption in Reversible Reaction by Secondary Alcohol Dehydrogenase2017

    • 著者名/発表者名
      Ye Ming、Arakawa Takahiro、Chien Po-Jen、Suzuki Takuma、Toma Koji、Mitsubayashi Kohji
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 17 号: 17 ページ: 5419-5425

    • DOI

      10.1109/jsen.2017.2721964

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improved Sensitivity of Acetaldehyde Biosensor by Detecting ADH Reverse Reaction-Mediated NADH Fluoro-Quenching for Wine Evaluation2017

    • 著者名/発表者名
      Iitani Kenta、Chien Po-Jen、Suzuki Takuma、Toma Koji、Arakawa Takahiro、Iwasaki Yasuhiko、Mitsubayashi Kohji
    • 雑誌名

      ACS Sensors

      巻: 2 号: 7 ページ: 940-946

    • DOI

      10.1021/acssensors.7b00184

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorometric Biosniffer Camera “Sniff-Cam” for Direct Imaging of 2 Gaseous Ethanol in Breath and Transdermal Vapor2017

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Sato T, Iitani K, Toma K, Mitsubayashi K
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Ethanol vapor imaging system “sniffer camera” for evaluation of alcohol metabolism from breath and palm skin gas2016

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Iitani K, Sato T, Toma K, Mitsubayashi K
    • 雑誌名

      Procedia Engineer

      巻: 168 ページ: 522-528

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Chemiluminescent imaging of transpired ethanol from the palm for evaluation of alcohol metabolism2015

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Kita K, Wang X, Miyajima K, Toma K, Mitsubayashi K
    • 雑誌名

      Biosensors and Bioelectronics

      巻: 67 ページ: 570-575

    • DOI

      10.1016/j.bios.2014.09.045

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] "Sniffer-camera" using enzyme reaction for visualization of transpired ethanol from palm skin2015

    • 著者名/発表者名
      Iitani K, Sato T, Wang X, Toma K, Arakawa T, Mitsubayashi K
    • 雑誌名

      Journal of Advanced Science

      巻: 26 ページ: 20-22

    • NAID

      130005115994

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Fluorometric sniff-cam (gas-imaging system) for breath and skin gas analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      Bio4Apps2018/2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Non-Invasive Biosensing for Preemptive Medicine2018

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      Nano/Micro Engineered and Molecular Systems (NEMS) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Direct skin gas monitoring system using high-sensitive ethanol bio-sniffer (gas-phase biosensor) by detecting NADH consumption on enzymatic reaction2018

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Suzuki T, Tujii M, Chien P-J, Ye M, Toma K, Iwasaki Y, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      Biosensors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] witchable sniff-cam (Gas-imaging system) based on pH-dependent redox reactions of alcohol dehydrogenase (ADH) between gaseous ethanol and acetaldehyde after drinking2018

    • 著者名/発表者名
      Iitani K, Hayakawa Y, Toma K, Arakawa T, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      Biosensors 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Acetone bio-sniffer (biochemical gas sensor) for breath acetone as a volatile organic compound of lipid metabolism2018

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Ye M, Toma K, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      he 3rd International Symposium on Creation of Life Innovation Materials for Interdisciplinary and International Researcher Development (iLIM-3)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 生化学式ガスセンサ”バイオスニファ”を用いた皮膚由来エタノールガスの連続計測に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      荒川貴博, 鈴木卓磨, 簡伯任, 叶明, 當麻浩司, 三林浩二
    • 学会等名
      第35回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 可視化計測システム(探嗅カメラ)を用いた 生体ガスの非侵襲モニタリングへの応用2018

    • 著者名/発表者名
      荒川貴博, 飯谷 健太, 佐藤 敏征, 當麻 浩司, 三林 浩二
    • 学会等名
      第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] バイオ蛍光法を用いた探嗅カメラによる呼気中エタノー ルガスの可視化計測,2017

    • 著者名/発表者名
      早川 悠暉, ナセデン ムニラ, 飯谷 健太, 佐藤 敏 征, 當麻 浩司, 荒川 貴博, 三林 浩二
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      横浜メッセ(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] バイオ蛍光式探嗅カメラ(Sniff-cam)を用いた生体由来エタノールガスの可視化計測に関する研究2017

    • 著者名/発表者名
      藤巻 久子, 佐藤 敏征, 當麻 浩司, 荒川貴博, 三林 浩二
    • 学会等名
      17 SAS Symposium, 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 皮膚アセトアルデヒドガス用の高感度な可視化計測システム (探嗅カメラ) の開発2017

    • 著者名/発表者名
      飯谷 健太, ナセデン ムニラ, 早川 悠暉, 當麻 浩司, 荒川貴博, 三林 浩二
    • 学会等名
      平成29年度電気学会E部門総合研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 蛍光を用いた探嗅カメラによるエタノールガスの可視化計測2017

    • 著者名/発表者名
      早川 悠暉, 飯谷 健太, ナセデン ムニラ, 佐藤 敏正, 當麻 浩司, 荒川貴博, 三林 浩二
    • 学会等名
      第七回次世代センサ研究発表会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Sniff-Cam (Bio-Fluorometric Gas-Imaging System) for Breath Acetaldehyde after Drinking2016

    • 著者名/発表者名
      Iitani K, Naisierding M, Sato T, Toma K, Arakawa T, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      PRIME 2016
    • 発表場所
      ハワイ(アメリカ)
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ethanol vapor imaging system “sniffer camera” for evaluation of alcohol metabolism from breath and palm skin gas2016

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Iitani K, Sato T, Toma K, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      Eurosensors 2016
    • 発表場所
      ブダペスト(ハンガリー)
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 蛍光を用いた探嗅カメラによるアルコール代謝評価2016

    • 著者名/発表者名
      ナセデン ムニラ, 佐藤 敏征, 飯谷 健太, 當麻 浩司, 荒川 貴博, 三林 浩二
    • 学会等名
      電気学会フィジカルセンサ/バイオ・マイクロシステム合同研究会
    • 発表場所
      機械振興会館(東京都・港区)
    • 年月日
      2016-08-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Fluorometric imaging system "Sniffer-cam" for huma breath and skin gas in evaluation of alcohol metabolism2016

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Iitani K, Sato T, Naisierding M, Toma K, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      Optical MEMS 2016
    • 発表場所
      シンガポール(シンガポール)
    • 年月日
      2016-07-31
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイオセンサの基礎と生体情報計測・医療への応用展開2016

    • 著者名/発表者名
      荒川貴博
    • 学会等名
      第25回センサテクノスクール「次世代センサ・アクチュエーターの基礎から最先端技術
    • 発表場所
      化学会館(東京都・千代田区)
    • 年月日
      2016-06-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 2D fluorometric sniff-cam with ADH immobilized mesh and UV-LED sheet for gaseous ethanol imaging from a palm skin2016

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Iitani K, Sato T, Toma K, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      Biosensors 2016
    • 発表場所
      ヨーテボリ(スエーデン)
    • 年月日
      2016-05-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ethanol vapor imaging system “sniffer camera” with UV-LED excitation sheet for monitoring of alcohol metabolism from human2015

    • 著者名/発表者名
      Chien P, Ye M, Iitani K, Sato T, Toma K, Arakawa T, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      Pacifichem 2015
    • 発表場所
      ホノルル(アメリカ)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A two-dimensional fluorometric imaging “sniffer camera” of ethanol vapor for evaluation of alcohol metabolism using enzymatic reaction2015

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Iitani K, Sato T, Toma K, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      IEEE SENSORS 2015
    • 発表場所
      釜山(韓国)
    • 年月日
      2015-11-01
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイオ蛍光法用いた可視化システム(探嗅カメラ)による 生体由来のエタノールガス計測2015

    • 著者名/発表者名
      荒川貴博、飯谷健太、佐藤敏征、當麻浩司、三林浩二
    • 学会等名
      第32回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟市・新潟県)
    • 年月日
      2015-10-27
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Sniff-Camera For Imaging of Gaseous Ethanol From Palm Skin After Drinking2015

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Iitani K, Sato T, Toma K, Mitsubayashi
    • 学会等名
      4th International Symposium on Sensor Science (I3S 2015)
    • 発表場所
      バーゼル(スイス)
    • 年月日
      2015-07-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluorometric biosniffer camera (gas-imaging system) with UV-LED excitation sheet for transdermal ethanol vapor from palm skin surface2015

    • 著者名/発表者名
      Arakawa T, Sato T, Iitani K, Toma K, Mitsubayashi K
    • 学会等名
      4th International Conference on Bio-Sensing Technology
    • 発表場所
      リスボン(ポルトガル)
    • 年月日
      2015-05-10
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] 生体ガス-糖尿病における呼気アセトン&イソプロパノールガス濃度2018

    • 著者名/発表者名
      荒川 貴博, 當麻 浩司, 三林 浩二(分筆)
    • 総ページ数
      249
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] センサ医工学における医用計測の展開2015

    • 著者名/発表者名
      三林浩二, 荒川貴博
    • 総ページ数
      30
    • 出版者
      次世代センサ協議会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] 2018 International Workshop on MEMS for Lifescience, Healthcare and Medicine2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2022-08-26  

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